DE2546894A1

DE2546894A1 - Arc welding electrode position control - by deviating arc magnetically and measuring the arc length

Info

Publication number: DE2546894A1
Application number: DE19752546894
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Puschner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-20
Filing date: 1975-10-20
Publication date: 1977-04-28

Abstract

The position of an electrode holder is adjusted w.r.t. a joint between two workpieces which are to be welded together. At least two characteristic quantities of the arc parameters are derived from the arco burning between the electrode holder and different regions of the sides of the joint. The characteristic quantities are mathematically coordinated and the result is compared with a control value which corresponds to the desired position of the electrode holder, and a control margin, which corresponds to the difference between the result of the calculation and the control value is used to position the electrode holder. The welding arc itself acts as a sensor determining the relative position between the electrode holder and the joint.

Description

Verfahren zur Steuerung maschinellerMethod for controlling machine

Schweißvorgänge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung maschineller Schweißvorgänge beim Lichtbogenschweißen entlang einer Nahtfuge. Welding processes The invention relates to a method for controlling machine welding processes during arc welding along a seam joint.

Beim mechanisierten Lichtbogenschweißen werden eine exakte Führung des Schweißbrenners entlang der Fugenmitte oder in einem definierten Abstand von der Pugenmitte der zu verschweißenden Bauteile sowie eine gleichmäßige Füllung der Fuge mit Zusatzwerkstoff angestrebt. Zur Zeit wird dies dufflh eine zwangsweise Führung des Brenners oder kompletter Schweißeinheiten über mechanische oder optische Elemente wie Führungsrollen oder Photosensoren bewirkt, die längs der Fuge geführt werden. Dabei ist von Nachteil, daß diese Fühler oder Ftihrungs.lemente in sicherem Abstand vom Lichtbogen angebracht werden müssen, damit ihre Funktionsfähigkeit nicht durch den Lichtbogen selbst beeinflußt wird.In the case of mechanized arc welding, precise guidance is required of the welding torch along the center of the joint or at a defined distance of the center of the eye of the components to be welded as well as an even filling of the Aimed at joint with additional material. At the moment this is becoming a compulsory one Guiding of the torch or complete welding units via mechanical or optical Elements such as guide rollers or photosensors are caused to run along the joint will. The disadvantage here is that these sensors or guide elements are in a safe position Distance from the arc must be attached in order for them to function properly not is influenced by the arc itself.

Außerdem können Störungen durch Schweißspritzer, Unstetigkeiten in der Nahtvorbereitung, Heftstellen usw. auftreten.In addition, interference from weld spatter, discontinuities in seam preparation, tacking points, etc. occur.

Aus der US-PS 3 204 081 ist ein Verfahren der angegebenen Gattung bekannt, bei dem der Lichtbogen ständig periodisch quer zur Naht über die Werkstiickoberfläche ausgelenkt wird.US Pat. No. 3,204,081 discloses a method of the type indicated known, in which the arc is constantly and periodically across the seam across the workpiece surface is deflected.

Beim Überlaufen der Naht entstehen zyklisch Spannungs- oder Stromimpulse, die zur Regelung verwendet werden. Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß der Vorwärtsbewegung des Brenners ständig eine Vibration oder Drehung überlagert wird, so daß die hergestellte Naht qualitativ minderwertig ist; außerdem bewegt sich der Lichtbogen auch über die Werkstückoberfläche, so daß sich die Oberflächenbeschaffenheit ändern kann. Und schließlich sind offensichtlich bestimmte Nahtformen erforderlich, um ausreichend starke Impulse zu erhalten.When the seam overflows, voltage or current pulses are generated cyclically, which are used for regulation. Disadvantages of this method are that a vibration or rotation is constantly superimposed on the forward movement of the torch becomes so that the seam produced is of poor quality; also moved the arc also extends over the workpiece surface, so that the surface texture can change. And finally, certain seam shapes are obviously required, to get sufficiently strong impulses.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der angegebenen Gattung zu schaffen, ohne daß die oben zusammengestellten Nachteile auftreten.The invention is therefore based on the object of providing a method or to create a device of the type indicated without the above compiled Disadvantages occur.

Insbesondere soll die Steuerung so durchgeführt werden, daß die Nahtqualität bei allen auftretenden Nahtformen nicht beeinflußt wird.In particular, the control should be carried out so that the seam quality is not influenced by any seam shape that occurs.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Gattung dadurch gelöst, daß mindestens zwei Arbeitspunkte des Lichtbogens an verschiedenen Stellen quer zur Naht erfaßt werden, und daß die Steuerung in abhängigkeit von dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen diesen Arbeitspunkten erfolgt.According to the invention, this object is achieved in a method as specified Type solved in that at least two working points of the arc at different Places across the seam are detected, and that the control depends on the Result of a comparison between these operating points takes place.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß der Schweißlichtbogen als Sensor verwendet wird, so daß dieses Verfahren beim Gleichstrom-, Wechselstrom- und Impulslichtbogenschweißen eingesetzt werden kann. Dabei läßt sich der Schweißbrenner einerseits längs der Schweißnaht führen, während andererseits auch eine Volumensteuerung der Schweißnaht möglich ist.The advantages achieved with the invention are, in particular, that the welding arc is used as a sensor, so that this method at DC, AC and pulsed arc welding can be used. The welding torch can be guided along the weld seam on the one hand, while on the other hand, volume control of the weld seam is also possible.

Das Verfahren ist bei offenen und verdeckten Lichtbogenschweißverfahren (Wolfram-Inertgas-, Metall-Intertgas-, Metall-Aktivgas- und Un terpulver-S chweißverf ahren ) , bei allen Schweißnahtvorbereitungen in allen positionen und bei allen Nahtformen beim Sin- und Mehrlagenschweißen einsetzbar. Die Buge kann innerhalb der Fugenebene einen gekrümmten Verlauf haben, wobei nach entsprechender Ausgestaltung die Steuerung sogar bei beliebigem Verlauf möglich ist.The process is in open and covert arc welding processes (Tungsten inert gas, metal inert gas, metal active gas and bottom powder welding process ahren), for all weld seam preparations in all positions and for all Seam shapes can be used for sin and multi-layer welding. The bow can be inside the joint plane have a curved course, according to the appropriate configuration control is even possible with any course.

Die Arbeitspunkte des Lichtbogens können auf folgendem Wege erhalten werden: Entweder wird der Schweißlichtbogen selbst oder ein mit geringer Leistung betriebener Pilotlichtbogen kurzzeitig in beiden Richtungen quer zur Naht aus seiner stationären Lage ausgelenkt, oder aber es werden zwei seperate Elektroden verwendet, die dicht nebeneinander liegen und zur Erzeugung von zwei Lichtbögen dienen.The working points of the arc can be obtained in the following way be: Either the welding arc itself or one with low power operated pilot arc briefly in both directions across the seam from its stationary position, or two separate electrodes are used, which are close to each other and are used to generate two arcs.

Bei der kurzzeitigen Auslenkung des Schweißliohtbogens selbst oder des Pilotlichtbogens werden die dabei auftretenden Verschiebungen des elektrischen Arbeitspunktes erfaßt und gespeichert, so daß die Steuerung, beispielsweise die Führung des Brenners in Abhängigkeit von dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen den beiden Arbeitspunktverschiebungen durchgeführt wird. Da der Lichtbogen nur kurzfristig, also beispielsweise 10 ffi der Schweißzeit, aus einer stationären Lage ausgelenkt wird, und zwar nur soweit, daß die Oberfläche des Nahtstücks nicht berührt wird und der Lichtbogen sich noch in der Fuge befindet, wird durch diese Auslenkung weder die Qualität der Naht noch die Werkstückoberfläche beeinträchtigt.With the short-term deflection of the welding arc itself or of the pilot arc, the resulting shifts of the electrical Operating point detected and stored so that the control, for example the Management of the burner depending on the result of a comparison between the two working point shifts is carried out. Since the arc only lasts for a short time, thus, for example, 10 ffi of the welding time, deflected from a stationary position only to the extent that the surface of the seam piece is not touched and the arc is still in the joint, this deflection neither the quality of the seam still affects the workpiece surface.

Werden zwei getrennte Elektroden verwendet, die zwei Lichtbögen erzeugen, so kennen die imiden Arbeitspunkte direkt also ohne Speicherung, miteinander verglichen werden, so daß sich der Aufbau der entsprechenden elektrischen Schaltung vereinfacht.If two separate electrodes are used that produce two arcs, so the imiden know the working points directly so without storage, can be compared so that the structure of the corresponding electrical Circuit simplified.

Die signifikanten Größen, die in beiden Bällen zur Beststellung der Lage des Lichtbogens in Bezug auf die SchweLßfuge oder der Geometrie der Fuge herangezogen werden, sind die Schweißspannung und/oder der Schweißstrom. Der Vergleich kann also direkt zwischen einer dieser beiden Größen, beiden Größen oder einer mathematischen Verknüpfung zwischen diesen beiden Größen durchgeführt werden.The significant sizes used in both balls to make the best of the Position of the arc in relation to the welding joint or the geometry of the joint are the welding voltage and / or the welding current. So the comparison can directly between one of these two quantities, both quantities or a mathematical one Linkage between these two quantities can be carried out.

Im einzelnen ergeben sich bei dem Verfahren folgende Vorteile: Die Fugenmitte und die Fugengeometrie werden unmittelbar an der Stelle erfaßt, an der gerade der Schweißprozeß abläuft.In detail, the following advantages result from the method: The Joint center and joint geometry are recorded directly at the point where the welding process is currently running.

Dabei entfallen alle zusätzlichen Sensoren, die bei den konventionellen Schweißvorrichtungen aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegen mechanische Beanspruchungen, Schmutz, Licht, Hitze usw. mit besonderer Vorsicht und Aufmerksamkeit behandelt werden müssen. Außerdem ist das Verfahren störunanfällig gegenüber Inhomogenitäten der Fuge sowie gegenüber Hefbtellen.All of the additional sensors that are used with conventional sensors are no longer required Welding devices due to their sensitivity to mechanical stresses, Treat dirt, light, heat, etc. with special care and attention Need to become. In addition, the method is not susceptible to interference from inhomogeneities the joint as well as across from Hefbtellen.

Es läßt sich sowohl beim Einlagen- und Mehrlagenschweißen als auch beim Schweißen von Wurzel- und Decklagen einsetzen.It can be used for single-layer and multi-layer welding as well use when welding root and top passes.

Da keine Eingriffe in die Schweißenergiequelle notwendig sind, läßt sich das Verfahren in Kombination mit allen mechanisierten Schweißvorrichtungen betreiben. Voraussetzung ist lediglich, daß die Brennerposition in Bezug auf die Fugen- bzw.Since no intervention in the welding energy source is necessary, can the process in combination with all mechanized welding devices operate. The only requirement is that the burner position in relation to the Joint or

Stoßstellenmitte über einen Antrieb verstärkt werden kann.Joint center can be reinforced by a drive.

Weiterhin liegen die Meßwerte in Form elektrischer Größen vor, so daß sie gut zugänglich sind und ohne Wandlung zur Verstellung des Brenner verarbeitet werden können. In Abhängigkeit von der Auslenkung können Fugenpunkte zur Feststellung der Fugengeometrie für die Volumen steuerung über Draht- und Schweißgeschwindigkeit erfaßt werden. Außerdem wird der elektrodenseitige Lichtbogenansatzpunkt nachgeführt, so daß Drahtverspannungen und Blaswirkungen kompensiert werden. Bei vielen Schweißaufgaben erübrigen sich aufwendige Justierarbeiten, so daß der Fertigungsaufwand erheblich reduziert werden kann. Bei der Paneelschweißung genügt beispielsweise eine grobe Justerung der Laufschiene des Schweißaggregate. Das gleiche gilt bei Längsnähten von Rohren. Bei der Spiralrohrfertigung kann auf konventionelle Brennerführungen vollständig verzichtet werden. Durch die Führung des elektrodenseitigen Lichtbogenansatzpunktes über der Pugenmitte werden insbesondere Nahtwurzeln auch kleinen offnungswinkeln der Nahtflanken exakt erfaßt. Es lassen sich somit bei kleiner Wärmeeinbringung einwandfreie Wurzellagen schweißen.Furthermore, the measured values are available in the form of electrical quantities, see above that they are easily accessible and processed without conversion to adjust the burner can be. Depending on the deflection, joint points can be used to determine the joint geometry for volume control via wire and welding speed can be detected. In addition, the starting point of the arc on the electrode side is tracked, so that wire tension and blowing effects are compensated. at Many welding tasks dispense with complex adjustment work, so that the manufacturing effort can be reduced significantly. In the case of panel welding, for example, is sufficient a rough adjustment of the running rail of the welding unit. The same goes for Longitudinal seams of pipes. When producing spiral tubes, conventional burner guides can be used be completely dispensed with. By guiding the point of the arc on the electrode side Above the middle of the eye, the roots of the seam in particular will also have small opening angles of the seam flanks recorded exactly. It can therefore be used with a small amount of heat input weld perfect root passes.

Bei atomatischen Schweißanlagen ist die Anfertigung von Kulissen zur Brennerführung nicht mehr erforderlich, sondern es genügt eine einfache Vorrichtung zum Auffinden der Anfangslage. Dadurch läßt sich die Felxibilität der Fertigungssysteme erheblich steigern, während Bauteiletoleranzen nicht mehr zu unbefriedigenden Schweißergebnissen durch starre Brennerführung führen.In the case of automatic welding systems, the production of backdrops is required Burner guidance is no longer required, a simple device is sufficient to find the starting position. This allows the flexibility of the manufacturing systems increase significantly, while component tolerances no longer lead to unsatisfactory welding results guide through the rigid burner guide.

Bei vielen Fertigungsproblemen können nunmehr ganz andere Konstruktionen angewandt werden, so daß sich neue Rationalisierungsmöglichkeiten in breitem Umfang eröffnen. Dazu trägt wesentlich bei, daß sich das Verfahren bei allen bekannten Nahtformen, einschließlich Kehlnähten, in allen Positionen, bei allen Werkstoffen und allen Lichtbogensohweißverfahren einsetzen läßt.In the case of many manufacturing problems, completely different designs can now be used be applied, so that there are new possibilities for rationalization on a broad scale open. This makes a significant contribution to the fact that the process is known to all Seam shapes, including fillet welds, in all positions, for all materials and lets use all arc welding processes.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.The invention is illustrated below with the aid of exemplary embodiments Explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawings.

Es zeigen: Fig. 1 ein U-I-Diagramm, wie es beim Lichtbogenschweißen auftritt; Fig. 2a bis 2c Querschnittsansichten von zwei zu verschweißenden Werkstücken und der Auslenkung des Bhtbogens; Fig. 3 das Diagramm, wie es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt; Fig. 4 ein weiterer Querschnitt durch die beiden zu verschweißenden Werkstücke und die Nahtfuge zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 5 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Brenn erführung; Fig. 6 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Eorrektur der Lage der Auslenkvorrichtung für den Lichtbogen; Fig. 7 eine Darstellung einer Vorrichtung zur Einstellung der Lage der Auslenkvorrichtung und zur Änderung der Schweißgeschwindigkeit; Fig. 8 ein Schaltbild einer Einrichtung zur Speischerung und zum Vergleich von zwei Arbeitspunkten, wie sie bei der Auslenkung des Lichtbogens verwendet wird; und Fig. 8 eine Darstellung der Ausführungsform mit zwei Elektroden und der zugehörigen Schaltung.The figures show: FIG. 1 a U-I diagram, as is the case with arc welding occurs; 2a to 2c are cross-sectional views of two workpieces to be welded and the deflection of the brace; 3 shows the diagram as it is in the case of the invention Procedure results; 4 shows a further cross section through the two to be welded Workpieces and the seam to explain the method according to the invention; Fig. 5 an illustration of a device for burner management; 6 shows an illustration a device for correcting the position of the deflecting device for the arc; 7 shows an illustration of a device for setting the position of the deflection device and to change the welding speed; Fig. 8 is a circuit diagram of a device for storage and for the comparison of two working points, as they are with the deflection the arc is used; and FIG. 8 shows an illustration of the embodiment with two electrodes and the associated circuit.

Das Verfahren soll im folgenden bei der Verschweißung zweier gleicher Bleche mit Fuge erläutert werden.In the following, the method is intended for the welding of two identical ones Sheets with joint are explained.

Beim ungestörten, mechanisierten Lichtbogenschweißen stellen sich stationäre Werte für die Lichtbogenspannung ( und den Lichtbogenstrom (I) ein, die durch den Schnittpunkt von statischer Quellen- und statischer Lichtbogenkennlinie (l0) im U-I-Diagramm bestimmt sind. Ein solches U-I-Diagramm ist in Fig. 1 dargestellt. Der Schnittpunkt dieser Linien stellt den stationären Arbeitspunkt dar und ist mit A0 bezeichnet.With undisturbed, mechanized arc welding, stationary values for the arc voltage (and the arc current (I), the through the intersection of the static source and static arc characteristic (l0) are determined in the U-I diagram. Such a U-I diagram is shown in FIG. The intersection of these lines represents the stationary working point and is with A0 denotes.

Ein solcher Arbeitspunkt stellt sich beispielsweise dann ein, wenn sich der Lichtbogen genau in der Fugenmitte befindet, wie es in Fig. 2a dargestellt ist.Such an operating point occurs, for example, when the arc is exactly in the middle of the joint, as shown in Fig. 2a is.

Wird der Lichtbogen nun kurzzeitig aus der Fugenmitte zur Nahtflanke des Werkstücks A (siehe Fig. 2b) ausgelenkt, so verschiebt sich der stationäre Arbeitspunkt AO zul Punkt AA (siehe ~Fig. 3). Diese Verschiebung des Arbeitspunktes wird durch die Veränderung der Lichtbogenlänge und durch die veränderten Ladungsbedingungen sowie durch den verschobenen *erkstückss eitigen Lichtbogen ansatzpunkt bewirkt, wobei sich insbesondere die Form des Temperaturfeldes im Blech in der Nähe der Fuge auswirkt.If the arc now briefly moves from the center of the joint to the edge of the seam of the workpiece A (see Fig. 2b) is deflected, the stationary working point shifts AO perm point AA (see ~ Fig. 3). This shift of the working point is due to the change in the arc length and the changed charge conditions as well as caused by the displaced * component-side arc starting point, in particular, the shape of the temperature field in the sheet metal in the vicinity of the joint affects.

In Abhängigkeit von dem dynamischen Verhalten der benutzten Schweißenergiequelle und des technischen Lichtbogens bewegt sich der Arbeitspunkt nicht notwendigerweise entlang der statischen bzw. stationären Quellen- oder Lichtbogenkennlinie von A0 nach A Diese Abweichungen von den Kennlinien spielen jedoch keine Rolle.Depending on the dynamic behavior of the welding energy source used and the technical arc, the operating point does not necessarily move along the static or stationary source or arc characteristic of A0 to A However, these deviations from the characteristic curves are irrelevant.

Diese Verschiebung des Arbeitspunktes nach einer Auslenkung des Lichtbogens bringt eine Änderung der Größen Uj und 1A mit sich, von denen mindestens eine während der Auslenkphase zu dem Ierkstäok s gespeichert ist. Dabei können eine Größe, beiden Größen oder eine mathematische Verftnüpfung zwischen diesen beiden Größen, beispielsweise ein Produkt oder ein Quotient, gespeichert werden. Bei Verwendung der mathematischen Verknüpfung empfiehlt sich die Speicherung des Analogwertes dieser Verknüpfung.This shift of the working point after a deflection of the arc brings about a change in the quantities Uj and 1A, of which at least one is during the deflection phase to which Ierkstäok s is stored. One size, both Quantities or a mathematical link between these two quantities, for example a product or a quotient, can be stored. When using the math shortcut it is recommended to save the analog value of this link.

Anschließend wird die Auslenkung wieder zurückgenommen, so daß sich der Lichtbogenfußpunkt wieder auf die ursprüngliche Stelle in der Fugenmitte zurückbewegt und der vorherige, stationäre Arbeitspunkt Ao wieder einsohwingt.The deflection is then reduced again so that the arc base is moved back to its original position in the middle of the joint and the previous, stationary operating point Ao oscillates again.

Dann wird der Lichtbogen wieder kurzzeitig aus der Fugenmitte zur Nahtflanke des Werkstücks B ausgelenkt (Fig. 2c). Dies bringt eine Verschiebung des Arbeitspunktes Ao nach h mit sich (siehe Fig. 3). Die dadurch veränderten Größen h und 13 werden einzeln, zusammen oder wieder als mathematische Verknüpfung während der Auslenkphase zu dem Werkstück B gespeichert.Then the arc will briefly move from the center of the joint to The seam flank of the workpiece B is deflected (FIG. 2c). This brings a shift of the working point Ao to h with it (see Fig. 3). The sizes changed as a result h and 13 are used individually, together or again as a mathematical link during the deflection phase to the workpiece B is stored.

Anschließend wird die Auslenkung wieder zurückgenommen, so daß sich der Lichtbogen wieder in die Pugenmitte zurückbewegt.The deflection is then reduced again so that the arc is moved back to the center of the pug.

Um den Schweißvorgang möglichst wenig zu stören, sollte die Auslenkzeit nur 10 bis 20 ffi der Gesamtschweißzeit betrpn, da dann die besten Ergebnisse auftreten.In order to disrupt the welding process as little as possible, the deflection time should only 10 to 20 ffi of the total welding time, as this is when the best results occur.

Die Auslenkung des Lichtbogens kann mechanisch durch Verstellen des Brenners, durch Anblasen mit Gas über ein Düsenpaar oder magnetisch erfolgen.The arc can be deflected mechanically by adjusting the Burner, by blowing gas through a pair of nozzles or magnetically.

Obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist, soll im folgenden davon ausgegangen werden, daß die Auslenkung des Lichtbogens quer zur Fuge in beiden Richtungen gleich groß sein soll. Bei verschieden großer Auslenkung muß nur der Vergleich zwischen den beiden Arbeitepunkten in entsprechender Weise modifiziert werden.Although this is not absolutely necessary, it is intended in the following it can be assumed that the deflection of the arc transversely to the joint in both directions should be the same size. If the deflection is different, only the comparison between the two working points can be modified accordingly.

Nur bei exakt in der Mitte befindlichem elektrodenseitigem Liohtbogenansatzpunkt sind die Arbeitspunktverschiebungen bei gleichen Werkstücken A und B identisch, d.h., die Differenz zwischen dem Arbeitspunkt AA und Ao ist gleich der Differenz zwischen dem Arbeitspunkt BB und dem Arbeitspunkt Ao Die gespeicherten Werte für die beiden bei der Auslenkung auftretenden Arbeitspunkte AA und 4 , also Spannung, Strom oder eine mathematische VerknApfung zwischen diesen beiden Größen, sind dann gleich, so daß ihre Differenz O wird, wenn sich der Lichtbogen exakt in der Fugenmitte befindet.Only if the electrode-side arcuate attachment point is exactly in the middle the shifts in the operating point are identical for the same workpieces A and B, i.e. the difference between the working point AA and Ao is equal to the difference between the working point BB and the working point Ao The saved values for the two working points AA and 4 occurring during the deflection, i.e. voltage, Current, or a mathematical link between these two quantities, are then equal, so that their difference becomes O when the arc is exactly in the middle of the joint is located.

Diese Differenz wird von Null verschieden, sobald sich der drahtseitige Lichtbogenansatzpunkt nicht über der Fugenmitte befindet. Die Differenz oder eine andere mathematische Verknüpfung der Spannungs- oder Stromwerte oder einer mathematischen Verknüpfung der Spannungs- und Stromwerte bei den Auslenkungen ist deshalb ein Maß für die Lage des Lichtbogenfußpunktes innerhalb der Schweißfuge und relativ zu einer durch die Fugenmitte verlaufenden Linie L (siehe Fig. 4).This difference will be different from zero as soon as the wire-side Arc starting point is not above the center of the joint. The difference or one other mathematical combination of the voltage or current values or a mathematical one Linking the voltage and current values during the deflections is therefore a measure for the position of the arc root within the weld joint and relative to a through the middle of the joint line L (see Fig. 4).

Das Vorzeichen der von Null verschiedenen Differenz kennzeichnet die Seite einer Ebene, die durch d#e Linie L und die Richtung der Fuge definiert ist, auf der sich der elektrodenseitige Lichtbogenansatzpunkt befindet. Die Größe der Differenz und ihr Vorzeichen werden zur Nachführung des Brenners und zur Ermittlung der Fugengeometrie herangezogen.The sign of the non-zero difference characterizes the Side of a plane defined by the line L and the direction of the joint, on which the electrode-side arc attachment point is located. The size of the The difference and its sign are used to track the burner and to determine it the joint geometry used.

Die Verstellrichtung des Brenners kann zur Anpassung des Verfahrens an die Verschweißung von Blechen unterschiedlicher Blechdicken oder Blechanordnungen und Fugenformen variiert werden.The direction of adjustment of the burner can be used to adapt the process for welding sheets of different sheet thicknesses or sheet arrangements and joint shapes can be varied.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 8 eine Einrichtung erläutert werden, wie sie zur Speicherung der Arbeitspunktverschiebungen bei der Auslenkung und für den Vergleich der Arbeitspunktverschiebungen eingesetzt werden kann Mit dieser Einrichtung kann die Lage des Brenners beim Lichtbogenschweißen eingestellt werden.A device will now be explained with reference to FIG how they are used to store the operating point shifts at the deflection and for comparing the shifts in the operating point This device can be used to determine the position of the torch during arc welding can be set.

Eine übliche Schweißenergiequelle Q wird über ein Wechselstromversorgungsnetz betrieben. An der Klemme X1 wird die Spannung und an der Klemme K2 eine vom Strom abhängige, geringe Shunt-Spannung, jeweils auf Masse bezogen, bereitgestellt. Ein vom gleichen Netz betriebener Transformator TR liefert über einen Einweggleichrichter EG eine pulsierende Gleichspannung, wobei die sinusförmigen Halbwellen vom Schmitt-Trigger ST in Rechtecksignale umgewandelt werden.A common source of welding power Q is AC power operated. At terminal X1 the voltage and at terminal K2 one from the current dependent, low shunt voltage, each related to ground, provided. A Transformer TR operated by the same network supplies via a half-wave rectifier EG a pulsating DC voltage, the sinusoidal half-waves from the Schmitt trigger ST can be converted into square wave signals.

Diese triggern nach Durchlaufen eines Frequenzumsetzers BU, dessen Ubersetzungsverhältnis über einen Schalter S1 eingestellt wird, einen monostabilen Multivibrator NF.These trigger after passing through a frequency converter BU, whose Transmission ratio is set via a switch S1, a monostable Multivibrator NF.

Eine Verteilerschaltung VS sorgt dafür, daß nach jedem Triggern von MF der MF-Ausgangsimpuls abwechselnd nach 4 und A2 durchgeschaltet wird. A1 und A2 steuern eine Dhyristor-Brükke T3 so an, daß an den Klemmen K3 und E4 sinusförmige Haltwellen der Trafowechselspannung mit wechselndem Vorzeichen zur Speisung der Magneteinheit am Brenner entstehen. Die Auslenkzeit beträgt hier also 10 ms,bei zusätzlichem Phasenanschnitt noch weniger.A distribution circuit VS ensures that after each triggering of MF the MF output pulse is switched through alternately to 4 and A2. A1 and A2 control a dhyristor bridge T3 in such a way that sinusoidal signals are applied to terminals K3 and E4 Stop waves of the transformer alternating voltage with alternating signs for supplying the Magnet unit arise on the burner. The deflection time is 10 ms here, at additional phase control even less.

Gleichzeitig werden über Verzögerungseinheiten VZ1 und VZ2 wechselweise Ralteverstärker RVi und HVZ angesteuert.At the same time, delay units VZ1 and VZ2 alternate Ralte amplifier RVi and HVZ controlled.

Die an die Schweißenergiequelle Q angeschlossenen Gleichrichter S1 und G2 sind nur beim Wechselstromschweißen erforderlich.The rectifiers S1 connected to the welding energy source Q and G2 are only required for AC welding.

Zur Unterdrückung des Gleichanteils von Schweißspannung und Schweißstrom dienen zwei Hochpaß-Filter HP1 und Ihre Grenzfrequenz liegt bei ungefähr 5Hz. oder tiefer.To suppress the direct component of welding voltage and welding current Two high-pass filters HP1 are used and their cutoff frequency is around 5Hz. or deeper.

Damit ist gewährleistet, daß die Arbeitspunktverschiebungen, die durch die Auslenkung des Lichtbogens mit Halbwellen der 50 Hz. Netzwechselspannung hervorgerufen werden, an den Verstärkern V1 und V2 durchgelassen werden. V3 bildet als Differenzverstärker die Differenz des gefilterten Spannungssignals (Ausgang von V1) und des gefilterten Stromsignals (Ausgangs von V2). In 1. Näherung bildet V3 am Ausgang eine Größe, die der Wechselstromimpedanz des Schweißlichtbogens entspricht. Für V3 kann z. B. auch ein Dividierverstärker eingesetzt werden. Der nachfolgende Tiefpaß TP1 mit einer Grenzfrequenz von 50 Hz. oder mehr, filtert störende prozeßtypische Rauschsignale (z. B. bedingt durch Tropfenübergang usw.) heraus. Y4 speist abwechselnd die beiden Halteverstärkereinheiten HV1 und EV2, und zwar je nach Auslenkphase des Schweißlichtbogens, die durch das Signal an 4 bzw. A2 festgelegt wird V5 führt den Vergleich der beiden eingespeicherten arbeitspunktabhängigen Signale durch Differenzbildung durch.This ensures that the shifts in the operating point caused by the deflection of the arc with half waves of 50 Hz are allowed to pass through the amplifiers V1 and V2. V3 forms as a differential amplifier the difference between the filtered voltage signal (output from V1) and the filtered one Current signal (output from V2). As a first approximation, V3 forms a quantity at the output, which corresponds to the alternating current impedance of the welding arc. For V3 z. B. a dividing amplifier can also be used. The following low-pass filter TP1 with a cut-off frequency of 50 Hz. or more, filters interfering process-typical noise signals (e.g. due to droplet transfer, etc.). Y4 feeds the two alternately Holding amplifier units HV1 and EV2, depending on the deflection phase of the welding arc, which is determined by the signal at 4 or A2. V5 compares the two stored operating point-dependent signals by forming the difference.

Der Tiefpaß TP2 mit einer Grenzfrequenz von ungefahr 50 Hz.The low-pass filter TP2 with a cut-off frequency of approximately 50 Hz.

oder darunter dämpft die bei der Einspeisung in HVI bzw.or below that attenuates the feed into HVI resp.

entstehenden steilflankigen tSrgangafunktionen. Der Leistungsverstärker V6 treibt einen Gleichstrommotor M, der die Brennerpositionierung vornimmt.resulting steep-edged tSrganga functions. The power amplifier V6 drives a DC motor M, which positions the burner.

In Fig. 5 ist eine Gesamtansicht der Einrichtung dargestellt, mit der sich in Abhängigkeit von der Auswertung der Arbeitspunktsverschiebungen die Brennerlage ändern läßt. Eine Energieversorgung und ein Taktgeber speisen die Steuerung eines Verstellmotors für die Brennerlage, die Auswerteelektronik, die Magnetstromversorgung und die Schweißenergiequelle.In Fig. 5 an overall view of the device is shown, with which depends on the evaluation of the shifts in the operating point Can change burner position. An energy supply and a clock feed the control an adjusting motor for the burner position, the evaluation electronics, the magnet power supply and the welding power source.

Bei der Schweißenergiequelle handelt es sich um eine kennlinienumschaltbare, geregelte, transistorisierte Quelle. Das Auswertesystem für UA und UB arbeitet beispielsweise mit Differenzbildung und ermittelt die Stellgröße z. B. über einen PID-Regler.The welding energy source is a characteristic curve switchable, regulated, transistorized source. The evaluation system for UA and UB works, for example with difference formation and determines the manipulated variable z. B. over a PID controller.

Außerdem kann ein Auswertesystem vorgesehen sein, das zusätzlich die Phasenlage über die Energieversorgung erkennt und die Nagnetstromversorgung synchronisiert.In addition, an evaluation system can be provided that also provides the Detects phase position via the power supply and synchronizes the magnet power supply.

Zur Speicherung und Auswertung der Arbeitspunktverschiebungen kann statt der oben beschriebenen Schaltung auch ein Prozeßrechner mit Prozeßdatenperipherie eingesetzt werden.To save and evaluate the shifts in the operating point, instead of the circuit described above, there is also a process computer with process data peripherals can be used.

In Fig. 6 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der neben der Brennerlage auch ein Motor angesteuert werden kann, welcher das Auslenksystem verstellt. Damit lassen sich also die Häufigkeit sowie die Größe der Auslenkung quer zur Nahtfuge einstellen.In Fig. 6 a device is shown in which in addition to the burner position a motor can also be controlled, which adjusts the deflection system. In order to the frequency and the size of the deflection across the seam can thus be determined to adjust.

In Fig. 7 ist schließlich eine Einrichtung gezeigt, bei der neben der Brennerlage und der Auslenkung noch die Schweißgeschwindigkeit gesteuert werden kann. Außerdem lassen sich dadurch alternativ oder zusätzlich auch stromführende ruder stromlose Zusatzdrähte steuern.In Fig. 7, finally, a device is shown in addition to the torch position and the deflection and the welding speed can be controlled can. In addition, as an alternative or in addition, current-carrying Control rudder currentless auxiliary wires.

Bei diesem Verfahren liegt die Zeitdauer der Auslenkung jeweils in der Größenordnung von 10 ms mit folgenden Pausen, die von 20 bis 200 ms betragen können, so daß der Schweißvorgang nur unwesentlich beeinflußt wird.With this method, the duration of the deflection is in each case of the order of magnitude of 10 ms with the following pauses, which are from 20 to 200 ms can, so that the welding process is only marginally affected.

Trotzdem können manchmal Schweißbedingungen vorliegen, bei denen selbst eine so kurze Auslenkung des Lichtbogens nicht erwunscht oder unmöglich ist. In diesem Fall wird die Fugen-bzw. Lage-Abtastung nicht mehr zu verschiedenen Zeitpunkten wechselweise durchgeführt, sondern es werden zwei dicht nebeneinander angeordnete Lichtobgen verwendet, deren Arbeitspunkte kontinuierlich festgestellt werden. Die absohmelzenden oder nicht abschmelzenden Elektroden werden so angeordnet, daß sich im Betrieb ein "Doppellichtbogen" ergibt, der quer zur Stoß- bzw. Fugenrichtung etwas breiter als ein normaler Lichtbogen ist.Nevertheless, welding conditions can sometimes exist in which even such a short deflection of the arc is not desired or impossible. In In this case, the joint or. Position scanning no longer at different times carried out alternately, but two are arranged close together Light objects are used, the operating points of which are continuously determined. the consumable or non-consumable electrodes are arranged so that themselves During operation, a "double arc" results, which is perpendicular to the direction of the joint or joint is slightly wider than a normal arc.

Eine solche Anordnung ist in Fig. 9 dargestellt, der sich entnehmen läßt, daß die beiden Elektroden elektrisch voneinander getrennt angebracht sein müssen; dadurch lassen sich die elektrischen Arbeitspunkte der beiden Lichtbögen erfassen.Such an arrangement is shown in FIG. 9, which can be taken from allows the two electrodes to be attached electrically separated from one another have to; this allows the electrical working points of the two arcs capture.

Sind die Arbeitspunkte der beiden Lichtbögen gleich, so befindet sich die Anordnung in der Fugenmitte bzw. über der Stoßmitte. Abweichungen aus der Mitte führen zu unterschiedlichen Arbeitspunkten, die zur Verstellung der Brennereinheit bzw. zur Steuerung des Sohweißvorgangs herangezogen werden können.If the working points of the two arcs are the same, then is the arrangement in the middle of the joint or above the middle of the joint. Deviations from the center lead to different working points that are necessary to adjust the burner unit or can be used to control the Sohweißvorgangs.

Im folgenden soll der Aufbau der in Fig. 9 gezeigten Vorrichtung und Schaltung erläutert werden.The following is the structure of the device shown in Fig. 9 and Circuit are explained.

In einer Schutzgasdüse SCH oder einer Aufnahmevorrichtung sind zwei elektrisch voneinander isolierte Kontaktrohre KRi und KR2 angebracht, die den Stromübergang an den Elektroden E1 und E2 bewirken. Von den beiden Elektrodenspitzen brennen die beiden sich überschneidenden oder auch nicht überschneidenden Lichtbogen LI1 und LI2 zu den zu verschweißenden Werkstücken A und B. In den Stromzuführungen von der Quelle QU zu den Kontaktrohren KR1 und KR2 befinden sich Me'ßwiderstände SE1 und 5112. Eine stromproportionale Spannung wird über die Differenzverstärker D1 und D2 gewonnen. Am Ausgang von D1 ergibt sich ein vom Lichtbogen L11 abhängiges Arbeitspunktsignal, am Ausgang von D2 ein von L12 abhängiges Signal. Die Gleichrichter GL1 und GL2 richten die Meßsignale bein Wechselstroisohweißen gleich. Die Differenz der beiden Signale wird mit D3 ermittelt. Das Ausgangssignal ist ein Maß für die Mittenabweichung und steuert über einen Leistungsverstärker XV einen Gleichstrommotor M an. Bei abschmelzenden Elektroden E1 und E2 sind die Elektroden gleich zu wählen und auch ihre Drahtgeschwindigkeit. Die Brennereinheit kann auch durch zwei übliche Brenner hergestellt werden, die entsprechend nahe zusammengefügt werden.There are two in a protective gas nozzle SCH or a receiving device electrically insulated contact tubes KRi and KR2 attached, which make the current transfer at the electrodes E1 and E2. They are burning from the two electrode tips two overlapping or non-overlapping arcs LI1 and LI2 to the workpieces A and B to be welded. In the power supply lines from the Source QU to the contact tubes KR1 and KR2 are measuring resistors SE1 and 5112. A voltage proportional to the current is generated via the differential amplifiers D1 and D2 won. At the output of D1 there is an operating point signal dependent on the arc L11, at the output of D2 a signal dependent on L12. The rectifiers GL1 and GL2 straighten the measurement signals in alternating current welding are the same. The difference between the two signals is determined with D3. The output signal is on Measure for the center deviation and controls a DC motor M via a power amplifier XV. When melting Electrodes E1 and E2, the electrodes should be chosen the same and also their wire speed. The burner unit can also be produced by two conventional burners, the be put together accordingly close.

Beim Gleichstromschweißen können D1, D2, GL1 und GL2 entfallen. Die Kontaktrohre ER1 und KR2 werden dann direkt mit den Eingängen von D3 verbunden.D1, D2, GL1 and GL2 can be omitted for direct current welding. the Contact tubes ER1 and KR2 are then connected directly to the inputs of D3.

Diese Einrichtung läßt sich auch für die Steuerung des Schweißvorgangs verwenden, wie sie anhand der Figuren 5 bis 7 für das Auslenkverfahren beschrieben wurde, wobei jedoch selbstverständlich die Steuerung der Auslenkvorrichtung nicht mehr erforderlich ist.This device can also be used to control the welding process use as described with reference to FIGS. 5 to 7 for the deflection method was, but of course not the control of the deflection device more is required.

- Patentansprüche -- patent claims -

Claims

Patent pending process for controlling machine welding processes when using lightbulb welding along a seam, d u r c h e k e n n n z e i c n e t that at least two working points of the arc in different places across the seam are detected, and that the control as a function of the result a comparison is made between these operating points.

2. The method according to claim 1, characterized in that the arc is briefly deflected in both directions from its stationary position that the occurring shifts in the electrical operating point are detected and are stored, and that the control depending on the result of a Comparison between the two working point shifts takes place.

3. The method according to claim 2, characterized in that the arc is deflected by the same distance in both directions.

4. The method according to any one of claims 2 or 3, characterized in that that the arc is deflected perpendicular to the seam.

5. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that that arc is deflected by a magnetic field.

6. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that that the arc is deflected by a mechanical torch adjustment device will.

7. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that that the arc is deflected by blowing gas through a pair of nozzles.

8. The method according to any one of claims 2 to 7, characterized in, that the arc is deflected only to one side, the required Sizes are given as constant values.

9. Device for performing the method according to one of the claims 2 to 8, characterized by the arc briefly from its stationary Position transversely to the seam deflecting device, by a measuring device for detection the respective shift of the electrical operating point, by an arrangement to compare the two shifts in the electrical operating point, and by a control device controlled by the output signal of the comparison arrangement of the welding process.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the detection and the comparison of the electrical operating point shifts with a process computer be performed.

11. The device according to claim 9, characterized in that the detection and the comparison of the electrical operating point shifts with that in FIG. 8 shown circuit can be carried out.

12. The method according to claim 1, characterized in that the electrical Working points of two gos-fed via separate electrodes (E19 E2), close together arranged arcs are detected.

13. Device for performing the method according to claim 12, characterized by two closely spaced electrodes of two separate electrodes (E1, E2) fed Arcs, by a measuring device for detection of the electrical working points of the two arcs, by an arrangement for the comparison of the two electrical operating points, and by one of the output signal the comparison arrangement controlled device for controlling the welding process.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the Detection and comparison of the electrical operating points with that shown in FIG Circuit can be carried out.

15. The method according to any one of claims 1 to 8 and 12, characterized in that that the welding torch is guided along the seam.

16. The method according to any one of claims 1 to 8 and 15, characterized in that that the device for deflecting the arc is controlled relative to the direction of the joint will.

17. The method according to claim 16, characterized in that the location the device for deflecting the arc is controlled.

18. The method according to any one of claims 1 to 8, 12, 15 to 17, characterized characterized in that the welding speed and / or stream-carrying or currentless Supplementary wires can be controlled.

19. The method according to any one of claims 1 to 8, 12, 15 to 18, characterized characterized in that for detecting or storing the electrical operating point or its shift the welding current and / or the welding voltage or a mathematical linking of these two quantities can be used.

20. The method according to claim 19, characterized in that the comparison between the electrical working points or

the electrical working point shifts by forming the difference takes place between the sizes determined in this way.

20. The method according to any one of claims 18 or 19, characterized in that that the significant quantities multiple times with averaging to reduce the Read in errors due to the process-related noise component of the significant quantities will.

21. The method according to any one of claims 18 to 20, characterized in that that a choke is inserted into the welding circuit, which the dynamic Properties of the welding energy source shifts in the direction of constant current characteristics, so that the determination and processing of the current values is not necessary.